高強度聚焦超聲聲場測量系統的製作方法
2023-12-07 09:23:51 2
專利名稱：高強度聚焦超聲聲場測量系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高強度聚焦超聲聲場測量系統，特別適用於單陣元、多陣元高強 度聚焦超聲治療系統的聲場測量，屬於醫學測量儀器領域。
背景技術：
高強度聚焦超聲技術作為一種對治療區域產生有損傷害的治療方法，其安全劑量 和治療效果尤其值得關注。而換能器性能的好壞，治療效果與適用範圍都與聚焦聲場的分 布密切相關，因此對高強度聚焦聲場的測量和描繪就日顯重要。經對現有技術的文獻檢索發現(1)中國專利公開號為CN1461942，2003. 12. 17公開，專利名稱為聲場測量裝置。 其不足之處在於該裝置為手動單點測量，無法快速進行聲場掃描。(2)中國專利公開號為CN1792333A，2006. 06. 28公開，專利名稱為平行掃描式超 聲聲場斷層成像水聽器系統。其不足之處在於該系統採用平面式聚偏氟乙烯壓電薄膜，無 法減弱超聲反射對測量的影響，尤其是對連續波方式的超聲換能器進行測量時。(3)中國專利公開號為CN1453562A，2003. 11. 05公開，專利名稱為醫用超聲設備 聲輸出測量系統。其不足之處在於該裝置為手動調節，裝置結構複雜，超聲反射對測量的 影響較大，當超聲換能器為連續波發射模式時，可能無法進行測量。(4)中國專利公開號為CN201173815Y，2008. 12. 31公開，專利名稱為用於超聲聚 焦刀探頭聲場測量的數據採集裝置。其不足之處在於該數據採集裝置只能採集垂直聲束 傳播軸的某一平面上的聲場，因此不能對聲場聚焦區域進行快速、精確三維立體掃描。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足，設計提供一種高強度聚焦超聲聲場測量 系統，能快速、精確、智能化、圖形化進行超聲聲場的測量。為實現上述目的，本發明設計的高強度聚焦超聲聲場測量系統包括智能數據處理 模塊、多自由度步進掃描控制模塊、數據採集模塊和水聽器；智能數據處理模塊向多自由度 步進掃描控制模塊發送指令進行智能化聲場掃描，根據採集的數據實時獲取相應的聲場分 布及聲場參數；數據採集模塊採集水聽器感應到的電壓信號；多自由度步進掃描控制模塊 由三維步進電機控制器、三維運動裝置和水聽器固定裝置構成，水聽器固定裝置底面貼有 吸聲橡膠。三維運動裝置根據三維步進電機控制器的指令進行點動、增量或同步增量等運 動模式，三維步進電機控制器根據智能數據處理模塊的指令進行多軸同動、單軸勻速運動 或單軸變速運動控制。本發明的技術方案具體如下本發明包括智能數據處理模塊、多自由度步進掃描控制模塊、數據採集模塊和水 聽器。所述智能數據處理模塊由計算機及專用應用軟體構成，智能數據處理模塊與多自由 度步進掃描控制模塊相連，向多自由度步進掃描控制模塊發送指令進行智能化聲場掃描。
3多自由度步進掃描控制模塊與水聽器相連。數據採集模塊與水聽器相連，採集的數據為水 聽器感應到的電壓信號。智能數據處理模塊與數據採集模塊相連，智能數據處理模塊向數 據採集模塊發送採集數據的指令，根據採集的數據實時獲取相應的聲場分布，進而獲取聲 場參數。本發明中，所述多自由度步進掃描控制模塊由三維步進電機控制器、三維運動裝 置和水聽器固定裝置。三維步進電機控制器通過串口通訊線與智能數據處理模塊相連，三 維步進電機控制器與三維運動裝置相連，水聽器固定裝置固定在三維運動裝置上。水聽器 固定裝置底面貼有吸聲橡膠，水聽器固定在水聽器固定裝置上且從水聽器固定裝置底面的 吸聲橡膠中心孔穿出。本發明的高強度聚焦超聲聲場測量系統用於聲場測量時(1)調節發射換能器使其處於水平位置，將水聽器放置於被測高強度聚焦超聲系 統的聲場中，調節三維運動裝置和水聽器固定裝置，使水聽器與發射換能器垂直，並保證水 聽器平面掃描運動過程中始終與發射換能器垂直。。(2)運行數據採集模塊和智能數據處理模塊，根據水聽器感應到的電壓信號調節 三維運動裝置，在三維空間內掃描尋找到聲場三維空間中的焦點位置，並設定此點為聲場 三維空間坐標的原點。如發射換能器為自聚焦換能器，則設定其幾何焦點為聲場三維空間 坐標的原點。(3)根據設定的掃描模式、掃描路徑和空間每點的停留時間，採集數據。(4)根據所採集到的數據進行實時的聲場分布分析和描繪。本發明控制靈活，步進精度和掃描範圍可控，可以實現快速、精確、智能化和三維 圖形化超聲聲場測量。
圖1為本發明系統組成結構框圖。圖2為本發明系統實施結構示意圖。
具體實施例方式為了更好地理解本發明的技術方案，以下結合附圖和實施例作進一步的詳細描 述。實施例所採用的技術參數不構成對本發明的限定。圖1為本發明高強度聚焦超聲聲場測量系統的組成結構框圖。如圖1所示，本發 明由智能數據處理模塊、多自由度步進掃描控制模塊、數據採集模塊和水聽器構成。智能數 據處理模塊與多自由度步進掃描控制模塊相連，向多自由度步進掃描控制模塊發送指令進 行智能化聲場掃描。多自由度步進掃描控制模塊與水聽器相連。數據採集模塊與水聽器相 連，採集的數據為水聽器感應到的電壓信號。智能數據處理模塊與數據採集模塊相連，智能 數據處理模塊向數據採集模塊發送採集數據的指令，根據採集的數據實時獲取相應的聲場 分布，進而獲取聲場參數。圖2為本發明系統的具體結構及實施的示意圖。如圖2所示，本發明由智能數據 處理模塊、多自由度步進掃描控制模塊、數據採集模塊和水聽器構成，其中，多自由度步進 掃描控制模塊由三維步進電機控制器、三維運動裝置和水聽器固定裝置構成。
三維步進電機控制器通過串口通訊線與智能數據處理模塊相連，三維步進電機控 制器與三維運動裝置相連，水聽器固定裝置固定在三維運動裝置上；水聽器固定裝置底面 貼有吸聲橡膠，水聽器固定在水聽器固定裝置上且從水聽器固定裝置底面的吸聲橡膠中心 孔穿出。本發明中，智能數據處理模塊是測量系統的核心部分，由計算機及專用應用軟體 構成。智能數據處理模塊向多自由度步進掃描控制模塊發送指令，通過多自由度步進掃描 控制模塊進行智能化聲場掃描，自動尋找聲場三維空間中的焦點位置，根據需求設置掃描 模式、掃描路徑和空間每個點間的停留時間。智能數據處理模塊向數據採集模塊發送採集數據的指令，由數據採集模塊採集水 聽器感應到的電壓信號，智能數據處理模塊根據所採集的聲場數據，進行實時分析，用圖形 化的方式在計算機顯示屏顯示。本發明中，數據採集模塊接收智能數據處理模塊的指令，採集水聽器感應到的電 壓信號。數據採集模式包括基本數據採集、單點脈衝、連續採集及多點快速採集等。數據採集模塊與智能數據處理模塊之間通過通用接口總線(General PurposeInterface Bus, GPIB)進行通訊聯繫。本發明中，多自由度步進掃描控制模塊由三維步進電機控制器、三維運動裝置和 水聽器固定裝置構成。所述的三維運動裝置接收三維步進電機控制器的指令，根據指令進 行點動、增量、同步增量等運動模式。所述的三維步進電機控制器接收智能數據處理模塊的 指令，根據指令進行多軸同動、單軸勻速運動或單軸變速運動控制。本發明的高強度聚焦超聲聲場測量系統用於聲場測量的具體步驟為(1)調節發射換能器使其處於水平位置，將水聽器放置於被測高強度聚焦超聲系 統的聲場中，調節三維運動裝置和水聽器固定裝置，使水聽器與發射換能器垂直，並保證水 聽器平面掃描運動過程中始終與發射換能器垂直。(2)運行數據採集模塊和智能數據處理模塊，根據水聽器感應到的電壓信號調節 三維運動裝置，在三維空間內掃描尋找到聲場三維空間中的焦點位置，並設定此點為聲場 三維空間坐標的原點。如發射換能器為自聚焦換能器，則設定其幾何焦點為聲場三維空間 坐標的原點。(3)根據設定的掃描模式、掃描路徑和空間每點的停留時間，採集數據。(4)根據所採集到的數據進行實時的聲場分布分析和描繪。在本發明的實施例中，所述水聽器採用PVDF探針式水聽器，其敏感元件為PVDF壓 電薄膜，直徑0. 8mm,厚度為25 μ m。傳感元件安裝在一個不鏽鋼管的頂端，不鏽鋼管的外徑 為1. 5mm，長約30-40mm，同軸電纜直徑2mm，長lm，通過BNC插頭連接到示波器。
權利要求
一種高強度聚焦超聲聲場測量系統，其特徵在於包括智能數據處理模塊、多自由度步進掃描控制模塊、數據採集模塊和水聽器；所述智能數據處理模塊由計算機及專用應用軟體構成，智能數據處理模塊與多自由度步進掃描控制模塊相連，向多自由度步進掃描控制模塊發送指令進行智能化聲場掃描；多自由度步進掃描控制模塊與水聽器相連；數據採集模塊與水聽器相連，採集的數據為水聽器感應到的電壓信號；智能數據處理模塊與數據採集模塊相連，智能數據處理模塊向數據採集模塊發送採集數據的指令，根據採集的數據實時獲取相應的聲場分布，進而獲取聲場參數；所述多自由度步進掃描控制模塊由三維步進電機控制器、三維運動裝置和水聽器固定裝置；三維步進電機控制器通過串口通訊線與智能數據處理模塊相連，三維步進電機控制器與三維運動裝置相連，水聽器固定裝置固定在三維運動裝置上；水聽器固定裝置底面貼有吸聲橡膠，水聽器固定在水聽器固定裝置上且從水聽器固定裝置底面的吸聲橡膠中心孔穿出。
2.根據權利要求1的高強度聚焦超聲聲場測量系統，其特徵在於所述的智能數據處理 模塊自動尋找聲場三維空間中的焦點位置，根據需求設置掃描模式、掃描路徑和空間每個 點間的停留時間，根據所採集的聲場數據，進行實時分析，用圖形化的方式在計算機顯示屏 顯不。
3.根據權利要求1的高強度聚焦超聲聲場測量系統，其特徵在於所述的數據採集模塊 接收智能數據處理模塊的指令，根據指令進行基本數據採集、單點脈衝、連續採集或多點快 速採集。
4.根據權利要求1所述的高強度聚焦超聲聲場測量系統，其特徵在於所述的三維運動 裝置接收三維步進電機控制器的指令，根據指令進行點動、增量或同步增量運動模式。
5.根據權利要求1所述的高強度聚焦超聲聲場測量系統，其特徵在於所述的三維步進 電機控制器接收智能數據處理模塊的指令，根據指令進行多軸同動、單軸勻速運動或單軸 變速運動控制。
全文摘要
本發明涉及一種高強度聚焦超聲聲場測量系統，包括智能數據處理模塊、多自由度步進掃描控制模塊、數據採集模塊和水聽器；智能數據處理模塊向多自由度步進掃描控制模塊發送指令進行智能化聲場掃描，根據採集的數據實時獲取相應的聲場分布及聲場參數；數據採集模塊採集水聽器感應到的電壓信號；多自由度步進掃描控制模塊由三維步進電機控制器、三維運動裝置和水聽器固定裝置構成，水聽器固定裝置底面貼有吸聲橡膠。三維運動裝置根據三維步進電機控制器的指令進行點動、增量或同步增量等運動模式，三維步進電機控制器根據智能數據處理模塊的指令進行多軸同動、單軸勻速運動或單軸變速運動控制。本發明可實現快速、精確、智能化和圖形化超聲聲場測量。
文檔編號G01H11/06GK101936770SQ201010262590
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月27日 優先權日2010年8月27日
發明者餘瑛, 沈國峰, 白景峰, 陳亞珠, 黃秀美 申請人:上海交通大學